EP2588274B1 - Spritzgiessverfahren zur herstellung eines werkzeugträgers mit einer verstärkung aus jutefaser - Google Patents

Spritzgiessverfahren zur herstellung eines werkzeugträgers mit einer verstärkung aus jutefaser Download PDF

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EP2588274B1
EP2588274B1 EP11728591.6A EP11728591A EP2588274B1 EP 2588274 B1 EP2588274 B1 EP 2588274B1 EP 11728591 A EP11728591 A EP 11728591A EP 2588274 B1 EP2588274 B1 EP 2588274B1
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EP
European Patent Office
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granules
injection molding
fibers
tool carrier
molding process
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Gerd Eisenblätter
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PPR GmbH
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    • B24D3/342—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties incorporated in the bonding agent
    • B24D3/344—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties incorporated in the bonding agent the bonding agent being organic
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    • B24D9/00—Wheels or drums supporting in exchangeable arrangement a layer of flexible abrasive material, e.g. sandpaper
    • B24D9/08—Circular back-plates for carrying flexible material

Definitions

  • the invention relates to an injection molding process for the production of a dimensionally stable and rotationally symmetrical tool carrier reinforced with natural fibers, which can be connected to a rotary drive and which has at least one tool support surface for receiving at least one grinding and/or polishing element, with granules first being plasticized and then being compressed into a shaping cavity is injected.
  • a tool carrier of the type in question is from EP 1 105 252 B1 known to the same applicant.
  • Such a tool carrier serves to accommodate at least one grinding and/or polishing element.
  • Various embodiments of such a tool carrier are explained below in connection with the figures.
  • the fibers are natural fibers made from renewable raw materials.
  • one from the EP 1 105 252 B1 known tool carrier is produced in an injection molding process, the material or the material is provided in the form of granules and these granules already contain the essential components of natural fibers and matrix material.
  • the production using granules has proven itself and is particularly simple and inexpensive.
  • An object of the invention is to improve the mechanical properties of a tool carrier of the type mentioned above without adversely affecting its manufacturability.
  • granules is used as a synonym for starting materials that are in particulate form and can be further processed into the end product using injection molding processes.
  • the term granules can stand for a type of granules, but also for the combination of several types of granules.
  • it is crucial that the starting materials are not added to the injection molding process as raw materials, but already pre-processed in particulate form, for example in the form of grains, pellets or flakes.
  • Jute fibers are understood to mean bast fibers with a bundle structure whose fiber bundle lengths (short and long fibers) can be variably adjusted depending on the area of application.
  • the jute fibers For processing in the injection molding process, the jute fibers must have good bonding to the thermoplastic matrix material.
  • Particularly preferred are jute fibers of the "Hessian warp” or “Hessian weft” type, in their usual meaning in the relevant technical circles.
  • a tool carrier obtained by means of the method according to the invention has improved mechanical and thermal properties. These are e.g. B. a very high flexural strength and impact strength with a likewise given elasticity, these properties are retained even at higher temperatures.
  • the elasticity and flexibility of the tool carrier can be adjusted over its entire surface.
  • a tool carrier that is flexible over its entire surface enables use at high speeds. Due to the stability with high elasticity, the tool carrier gains the breakage resistance required for use. Furthermore, such a tool carrier exhibits splinter-free fracture behavior and thus offers a high degree of breakage resistance, which is constant over the entire tool carrier.
  • the thermoplastic matrix material contains polyvinyl chloride, polyether ether ketone, polyethylene terephthalate, polycarbonate, acrylonitrile butadiene styrene, polylactate, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polyamides, polyesters or polyacrylates, particularly preferably polyethylene, polypropylene or polystyrene, or mixtures thereof .
  • an adhesion promoter for example maleic anhydride, silane, polyvinyl alcohol or polyvinyl acetate, is also added.
  • Aramid fibers and/or polyacrylonitrile fibers are high-performance fibers that have high tensile strength, which can have a positive effect on the mechanical properties of the tool holder to be manufactured. These fibers are preferably provided with a fiber length between 4 and 10 mm.
  • the fibers can be added to the granulate as a raw material before the injection molding process, or they can first be processed into granulate and then injection molded together with the remaining granulate.
  • fillers or auxiliaries in the form of raw materials or granules can be added to the granules.
  • Fillers can consist of natural fibers such as hemp fibers, flax fibers, kenaf fibers, bamboo fibers, coconut fibers, cellulose fibers, cotton fibers, sisal fibers or wood fibers.
  • pellets or flakes In order to obtain a free-flowing molding composition for the injection molding process, it is expedient to provide the granulate in the form of pellets or flakes.
  • the pellets can be spherical or cylindrical.
  • a preferred development is represented by pellets that contain compacted thermoplastic matrix material, jute fibers and, if appropriate, additional substances such as, for example, an adhesion promoter and/or other fibers.
  • the dimensionally stable and rotationally symmetrical tool carrier reinforced with natural fibers can be designed, for example, as a mop, a roller-like and solid tool carrier or as a support plate for grinding and/or polishing agents.
  • the tool carrier is in the form of a circular disc-shaped support plate for grinding and/or polishing elements.
  • the use of jute fibers as a reinforcement fiber in a thermoplastic matrix material is particularly advantageous for backing plates because they are exposed to high mechanical and thermal loads.
  • the thickness of the support plate is constant in the axial direction over the entire support plate.
  • the reinforcement with jute fibers has a positive effect on the mechanical Properties (including flexural rigidity, resistance to fracture and impact strength) so that the support plate does not have to be thicker at particularly heavily loaded areas, as is usually the case.
  • a backing plate thickness in the axial direction of between 3.8 cm and 4.5 cm, particularly preferably between 4.2 cm and 4.3 cm, has a positive effect on the mechanical properties with a low material consumption.
  • the support plate prefferably has an area offset by one step, which is flat and parallel to a tool support surface, the thicknesses of the tool support surface and the offset area being the same. Due to the reinforcement with jute fibers, which has a positive effect on the mechanical properties, the entire backing plate can be manufactured with a constant thickness, even in the offset area.
  • the reinforcement of the support plate with jute fibers also has the advantage that the support plate has a low weight of, for example, 35 to 45 g with a diameter of 105 to 120 mm. This facilitates handling of the support plate in tool operation.
  • granules which contain a (preferably black) proportion of dye of 1 to 2% by weight.
  • the dye can be incorporated into the granulate, which comprises jute fibers and thermoplastic matrix material, or it can itself be in the form of granulate (for example in the form of a masterbatch).
  • the dye in the form of color pigments or color powder can be added to the granules for the injection molding process in a proportion of 1 to 2% by weight.
  • Injection-moulded tool holders usually have very smooth surfaces with a low peak-to-valley height.
  • at least one surface of the tool carrier is advantageous for at least one surface of the tool carrier to be eroded between levels 30 and 36, preferably level 31 (according to VDI guideline 3400).
  • a preferred development is designed with a tool support surface into which a grid is embossed.
  • the grid lines which are preferably perpendicular to one another, leave areas that have a square base area and taper upwards in the shape of a pyramid.
  • the adhesive can run into the underlying grid lines (channels) between the pyramid-shaped raised areas and thus improve the adhesive performance.
  • the explanations relating to the tool carrier apply analogously to the injection molding process for producing a tool carrier. It is intended that the free-flowing granulate is first melted by feeding it to a rotating and heated screw via a mass hopper. When the cushion of melted granules formed in front of the screw tip is sufficient to create the tool carrier, the screw rotation is stopped, the screw is advanced and the melt is pressed under pressure into a usually temperature-controlled tool.
  • the granulate comprises jute fibers and thermoplastic matrix material and has a jute fiber content of 20 to 35% by weight.
  • the granules are in the form of pellets or flakes and contain the thermoplastic matrix material polypropylene, polyethylene or polystyrene.
  • the jute fibers usually turn brown.
  • titanium dioxide can be in powder form.
  • the titanium dioxide is preferably preprocessed into granules and can be used together with the remaining granules for injection molding.
  • the tool carrier produced in this way has a foam core which is surrounded by a compact and stable outer skin, which reduces the weight of the tool carrier.
  • the use of nitrogen-releasing blowing agents in granular form is particularly advantageous.
  • the propellant decomposes, releasing a gas (e.g., nitrogen) that mixes with the granulate.
  • a gas can be pressurized in the tool (cavity) before injecting the melted granules.
  • the melted granulate forces the gas out of the tool, while the gas pressure is adjusted accordingly.
  • the granules contain a proportion of dye of 1-2% by weight, so that the finished tool carriers can be distinguished from one another in terms of color.
  • the dye is particularly preferably black and is either a further component of the granulate, which comprises at least jute fibers and thermoplastic matrix material, or is mixed into the rest of the granulate as colored granulate.
  • the dye in the form of a pigment or dye can be added to the granules during the injection molding process in a proportion of 1-2% by weight.
  • a rough structure (level 30 to 36 in accordance with VDI Guideline 3400) is set on the surface by means of a thermal removal process, preferably by eroding.
  • FIG. 1 shows a tool carrier according to a first embodiment, a so-called grinding mop 11, which has a solid, cylindrical tool carrier 15, with a fiber reinforcement by jute fibers 31 and with radially arranged grinding elements 17 in the form of grinding lamellae.
  • an axis 19 is inserted centrally in the cylindrical tool carrier 15, via which the grinding mop 11 can be connected to a rotary drive.
  • the tool support surface 21 is the lateral surface of the cylindrical tool carrier 15, with the grinding elements 17 being accommodated by or attached to this lateral surface and protruding radially from it.
  • the grinding elements 17 have been omitted for the sake of better illustration, in order to illustrate the jute fibers 31 in the area of the tool support surface 21 . Further a partial area is shown broken away here in order to illustrate the jute fibers 31 inside the solid tool carrier 15 .
  • FIG 2 shows a roller-like and massively designed tool carrier 23, on the tool support surface 25 of which an endless grinding or polishing belt 27 rolls during operation.
  • the grinding element ie the endless grinding belt 27, is not separated from the tool support surface 25 as in FIG 1 shown embodiment by a material connection or form closure (this also includes a Velcro fastener or the like), but essentially by a force-fit connection (friction) was added.
  • the tool carrier 23 has an axial opening 29 which is used for connection to a rotary drive, not shown.
  • a portion of the tool carrier 23 which also contains jute fibers 31 , is again shown broken away in order to also illustrate the jute fibers 31 distributed here inside the solid tool carrier 23 .
  • a flap disc 1 which consists of a support plate 7 and grinding elements 5, wherein the grinding elements 5 are designed in the form of grinding flaps and are accommodated by a tool support surface 9 of the support plate 7 or attached thereto.
  • the support plate 7 is designed in the shape of a circular disc and has a hollow-cylindrical opening 3 in the center of the circle, which is used to connect the flap disc 1 to a rotary drive (not shown).
  • the tool support surface 9 does not have a smooth surface but has a grid-like pattern (not shown) which is embossed into the surface. The resulting areas (grid lines perpendicular to one another) allow more adhesive to be absorbed and the adhesive connection with which the grinding elements 5 are attached to the tool support surface 9 becomes stronger.
  • a fiber reinforcement made of jute fibers with a length in a range from 2 to 4 mm, preferably 3 mm.
  • the jute fibers are shown schematically and denoted by 31 .
  • some grinding elements are missing in a circular segment of the support plate 7 in order to illustrate the jute fibers 31 in this area.
  • a partial area is shown broken away in order to also illustrate the jute fibers 31 homogeneously distributed inside the support plate 7 .
  • the incorporated jute fibers 31 cause a very high flexural rigidity and impact resistance with a likewise given elasticity.
  • temperature-dependent properties such as temperature resistance in particular, are also improved.
  • FIG 4 shows a side view of the support plate 7 according to FIG 3 , which has the flat tool support surface 9 on the front side 43 for receiving the grinding elements 5, not shown here.
  • the support plate 7 On the back 45, the support plate 7 has a so-called flange hump 47, which serves to accommodate a flange, thread or threaded flange (not shown).
  • FIG 5 is the cross section of the support plate 7 along the section line VV according to 3 shown.
  • the planar tool support surface 9 is ring-shaped with a ring width of preferably 25.67 mm. It encloses a region 41 which is offset by a step of height t relative to the plane of tool support surface 9, height t being 3.5 mm in the example shown.
  • the area 41 is flat and parallel to the tool support surface 9 and is lowered in the direction of the rear side 45 of the support plate 7 with respect to the tool support surface 9 .
  • the offset area 41 forms the flange hump 47, as shown in FIG 4 shown.
  • the bottom 53 of the area 41 is flat and parallel to the tool support surface 9 and has an opening 3 in the form of a hollow cylinder.
  • the diameter of the bottom 53 is 45.24mm and the diameter of the opening 3 is 22.3mm.
  • the central opening 3 can have a flange (not shown) or a thread in order to connect a drive shaft of a drive machine to the support plate 7 .
  • a threaded flange can be used, which then comes to rest on the floor 53 of the area 41 .
  • the walls 51 of the offset area 41 are inclined relative to the base 53 and form rounded transitions between the base 53 of the area 41 and the tool support surface 9.
  • the radius R1 of the curves between the base 53 and walls 51 of the area 41 on the front side is 43 of the
  • the backing plate 7 is preferably 10.6 mm, and the radius R2 on the rear side 45 of the backing plate 7 is preferably 10 mm.
  • the radius R3 of the rounding between the walls 51 of the area 41 and the tool support surface 9 on the back 45 of the support plate 7 is 15 mm.
  • the thickness d of the entire support plate 7, ie the thickness of the annular tool support surface 9, the walls 51 and the bottom 53 of the area 41 is 4.4 mm.
  • the total support plate height h is then the sum of the thickness d of the support plate 7 and the height t of the step by which the area 41 is offset from the tool support surface 9 .
  • the diameter of the support plate 7 is 116.5 mm.
  • the entire rear side 45 of the support plate 7 is roughened by erosion according to VDI guideline 3400 level 31 (not shown).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Spritzgießverfahren zur Herstellung eines formstabilen und rotationssymmetrischen mit Naturfasern verstärkten Werkzeugträgers, der mit einem Drehantrieb verbindbar ist und der wenigstens eine Werkzeugauflagefläche zur Aufnahme von mindestens einem Schleif- und/oder Polierelement aufweist, wobei zunächst Granulat plastifiziert und anschließend unter Druck in einen formgebenden Hohlraum eingespritzt wird.
  • Ein Werkzeugträger der betreffenden Art ist aus der EP 1 105 252 B1 desselben Anmelders bekannt. Ein solcher Werkzeugträger dient zur Aufnahme wenigstens eines Schleif- und/oder Polierelements. Verschiedene Ausführungsformen eines solchen Werkzeugträgers sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Um besonders gute mechanische Eigenschaften des Werkzeugträgers, wie zum Beispiel ein hohes Energieaufnahmevermögen bei schlag- oder stoßartiger Beanspruchung, zu erhalten, weist dieser eine Verstärkung durch Fasern (Faserverstärkung) auf, wobei die Fasern durch einen Binder bzw. durch ein Matrixmaterial verfestigt bzw. in dieses eingebunden sind. Zur Verbesserung der Umweltbilanz ist ferner vorgesehen, dass es sich bei den Fasern um Naturfasern handelt, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt sind. Ein aus der EP 1 105 252 B1 bekannter Werkzeugträger wird in einem Spritzgießverfahren hergestellt, wobei das Material bzw. der Werkstoff in Form von Granulat bereitgestellt wird und dieses Granulat bereits die wesentlichen Bestandteile Naturfasern und Matrixmaterial enthält. Die Herstellung mittels Granulat hat sich bewährt und gestaltet sich besonders einfach und kostengünstig.
  • Aus der US 5 849 646 A ist ein Werkzeugträger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, in dem Naturfasern wie Wolle, Seide, Baumwolle oder Zellulose zur Verstärkung des thermoplastischen Matrixmaterials eingesetzt werden. Jutefasern zur Verstärkung von Kunststoffträgern werden in der DE 20 2004 004 027 U1 , US 5 584 897 A , EP 1 792 941 A1 sowie EP 2 048 190 A1 beschrieben.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die mechanischen Eigenschaften eines Werkzeugträgers der oben genannten Art ohne nachteiligen Einfluss auf dessen Herstellbarkeit zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einem erfindungsgemäßen Spritzgießverfahren gemäß Anspruch 1.
  • Die Lösung der Aufgabe erstreckt sich ferner auf eine erfindungsgemäße Verwendung des Granulats mit jutefasern und thermoplastischem Matrixmaterial zur Herstellung eines Werkzeugträgers gemäß Anspruch 6.
  • Die jeweils abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
  • Der Begriff Granulat wird als Synonym für Ausgangsmaterialien verwendet, die in partikulärer Form vorliegen und mittels Spritzgießverfahren zum Endprodukt weiter verarbeitet werden können. Dabei kann der Begriff Granulat für eine Sorte von Granulat, aber auch für die Kombination mehrerer Sorten Granulat stehen. Entscheidend bei der Verwendung von Granulat ist, dass die Ausgangsmaterialien nicht als Rohstoffe, sondern schon vorverarbeitet in partikulärer Form, also beispielsweise in Form von Körnern, Pellets oder Flakes, dem Spritzgießprozess beigemischt werden.
  • Unter Jutefasern werden Bastfasern mit einer Bündelstruktur verstanden, deren Faserbündellängen (Kurz- und Langfasern) je nach Anwendungsgebiet variabel eingestellt werden können. Für die Verarbeitung im Spritzgießverfahren müssen die jutefasern eine gute Bindung an das thermoplastische Matrixmaterial aufweisen. Besonders bevorzugt sind dabei Jutefasern des Typs "Hessian warp" oder "Hessian weft", in ihrer in den entsprechenden Fachkreisen üblichen Bedeutung.
  • Im Ergebnis weist ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gewonnener Werkzeugträger verbesserte mechanische und thermische Eigenschaften auf. Diese sind z. B. eine sehr hohe Biegesteifigkeit und Schlagfestigkeit bei einer gleichfalls gegebenen Elastizität, wobei diese Eigenschaften auch bei höheren Temperaturen erhalten bleiben. Je nach Anteil an Jutefasern als Verstärkung des thermoplastischen Matrixmaterials kann die Elastizität und Flexibilität des Werkzeugträgers über seine gesamte Fläche eingestellt werden. Ein über seine gesamte Fläche flexibler Werkzeugträger ermöglicht eine Anwendung bei hohen Drehzahlen. Durch die Stabilität bei hoher Elastizität gewinnt der Werkzeugträger die für den Einsatz notwendige Bruchsicherheit. Des Weiteren weist ein derartiger Werkzeugträger ein splitterfreies Bruchverhalten auf und bietet dadurch eine hohe Bruchsicherheit, die über den gesamten Werkzeugträger konstant ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das thermoplastische Matrixmaterial Polyvinylchlorid, Polyetheretherketon, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polylactat, Polymethylmethacrylat, Polyacrylnitril, Polyamide, Polyester oder Polyacrylate, besonders bevorzugt Polyethylen, Polypropylen oder Polystyrol, oder Gemische derselben, enthält. Um die Bindung der Jutefasern mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix zu erhöhen, wird zusätzlich ein Haftvermittler, beispielsweise Maleinsäureanhydrid, Silan, Polyvinylalkohol oder Polyvinylacetat, zuzugeben.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, dem Granulat Aramidfasern und/oder Polyacrylnitril-Fasern beizugeben. Aramidfasern und Polyacrylnitril-Fasern sind Hochleistungsfasern, die eine hohe Zugfestigkeit aufweisen, was sich auf die mechanischen Eigenschaften des herzustellenden Werkzeugträgers positiv auswirken kann. Bevorzugt werden diese Fasern mit einer Faserlänge zwischen 4 und 10 mm bereitgestellt. Dabei können die Fasern als Rohstoff dem Granulat vor dem Spritzgießverfahren zugegeben werden oder zunächst zu Granulat verarbeitet und danach zusammen mit dem übrigen Granulat spritzgegossen werden.
  • Des Weiteren können Füll- oder Hilfsstoffe in Rohstoff- oder Granulatform dem Granulat beigemischt werden. Füllstoffe können dabei aus Naturfasern, wie zum Beispiel Hanffasern, Flachsfasern, Kenaffasern, Bambusfasern, Kokosfasern, Zellulosefasern, Baumwollfasern, Sisalfasern oder Holzfasern bestehen.
  • Um eine rieselfähige Formmasse für das Spritzgießverfahren zu erhalten, ist es zweckmäßig, das Granulat in Form von Pellets oder Flakes bereitzustellen. Die Pellets können kugel- oder zylinderförmig sein. Durch die Verdichtung der Ausgangsmaterialien bzw. Rohstoffe zu Pellets oder Flakes wird die Schüttdichte im Vergleich zu den Ausgangsmaterialien wesentlich erhöht. Eine bevorzugte Weiterbildung stellen Pellets dar, die verdichtetes thermoplastisches Matrixmaterial, Jutefasern und gegebenenfalls zusätzliche Stoffe, wie zum Beispiel einen Haftvermittler und/oder weitere Fasern, enthalten.
  • Der formstabile und rotationssymmetrische mit Naturfasern verstärkte Werkzeugträger kann beispielsweise als Mop, walzenartiger und massiv ausgebildeter Werkzeugträger oder als Stützteller für Schleif- und/oder Poliermittel ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Werkzeugträger als kreisscheibenförmiger Stützteller für Schleif- und/oder Polierelemente ausgeprägt. Der Einsatz von Jutefasern als Verstärkungsfaser eines thermoplastischen Matrixmaterials ist besonders bei Stütztellern vorteilhaft, weil diese hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Stütztellerdicke in axialer Richtung über den gesamten Stützteller konstant. Die Verstärkung mit Jutefasern wirkt sich positiv auf die mechanischen Eigenschaften (u.a. Biegesteifigkeit, Bruchsicherheit und Schlagzähigkeit) aus, sodass der Stützteller nicht, wie sonst üblich, an besonders stark belasteten Stellen dicker ausgebildet sein muss.
  • Eine Stütztellerdicke in axialer Richtung zwischen 3,8 cm und 4,5 cm, besonders bevorzugt zwischen 4,2 cm und 4,3 cm, wirkt sich bei einem geringem Materialaufwand positiv auf die mechanischen Eigenschaften aus.
  • Es ist weiterhin zweckmäßig, dass der Stützteller einen um eine Stufe versetzten Bereich besitzt, der plan und parallel zu einer Werkzeugauflagefläche ist, wobei die Dicken der Werkzeugauflagefläche und des versetzten Bereichs gleich groß sind. Durch die Verstärkung mit Jutefasern, die sich positiv auf die mechanischen Eigenschaften auswirkt, kann der gesamte Stützteller, auch in dem versetzten Bereich, mit einer konstanten Dicke gefertigt werden.
  • Die Verstärkung des Stütztellers mit Jutefasern hat ferner den Vorteil, dass der Stützteller ein geringes Gewicht von zum Beispiel 35 bis 45 g bei einem Durchmesser von 105 bis 120 mm aufweist. Damit wird die Handhabung des Stütztellers im Werkzeugbetrieb erleichtert.
  • Zur besseren Unterscheidbarkeit von mit Jutefasern verstärkten und nicht verstärkten Werkzeugträgern ist es vorteilhaft, Granulat zu verwenden, welches einen (bevorzugt schwarzen) Farbstoffanteil von 1 bis 2 Gew.-% enthält. Dabei kann der Farbstoff in das Granulat, welches Jutefasern und thermoplastisches Matrixmaterial umfasst, eingearbeitet sein, oder selbst als Granulat (beispielsweise in Form eines Masterbatches) vorliegen. Alternativ kann der Farbstoff in Form von Farbpigmenten bzw. -pulver mit einem Anteil von 1 bis 2 Gew.-% dem Granulat für den Spritzgießprozess beigemischt werden.
  • Spritzgegossene Werkzeugträger weisen üblicherweise sehr glatte Oberflächen mit geringer Rauhtiefe auf. Um den Umgang mit dem Werkzeugträger, zum Beispiel beim Bestücken oder Auswechseln, zu erleichtern, ist es vorteilhaft, dass zumindest eine Oberfläche des Werkzeugträgers zwischen Stufe 30 und 36, bevorzugt Stufe 31, (nach VDI-Richtlinie 3400) erodiert ist.
  • Um Schleiflamellen auf der Werkzeugauflagefläche mithilfe eines Klebstoffes zu befestigen, ist eine bevorzugte Weiterbildung mit einer Werkzeugauflagefläche ausgebildet, in welche ein Gitter eingeprägt ist. Die Gitterlinien, welche vorzugsweise senkrecht aufeinander stehen, lassen Bereiche stehen, die eine quadratische Grundfläche haben und nach oben pyramidenförmig zulaufen. Der Klebstoff kann zwischen die pyramidenförmigen erhabenen Bereiche in die tiefer liegenden Gitterlinien (Kanäle) hineinlaufen und somit die Klebeleistung verbessern.
  • Für das Spritzgießverfahren zur Herstellung eines Werkzeugträgers gelten analog die den Werkzeugträger betreffenden Erläuterungen. Es ist vorgesehen, dass das rieselfähige Granulat zunächst aufgeschmolzen wird, indem es über einen Massetrichter einer rotierenden und beheizten Schnecke zugeführt wird. Wenn das vor der Schneckenspitze gebildete Polster an aufgeschmolzenem Granulat zur Erstellung des Werkzeugträgers ausreicht, wird die Schneckenrotation gestoppt, die Schnecke vorgeschoben und dabei die Schmelze unter Druck in ein üblicherweise temperiertes Werkzeug gedrückt. Das Granulat umfasst dabei Jutefasern und thermoplastisches Matrixmaterial und weist einen Jutefaseranteil von 20 bis 35 Gew.-% auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung liegt das Granulat als Pellets oder Flakes vor und enthält das thermoplastische Matrixmaterial Polypropylen, Polyethylen oder Polystyrol.
  • Wird das Granulat, welches zumindest Jutefasern und thermoplastisches Matrixmaterial enthält, während des Spritzgießprozesses aufgeschmolzen, färben sich die Jutefasern in der Regel bräunlich. Um dieser Verfärbung der Jutefasern entgegenzuwirken, ist es vorteilhaft, dem Granulat Titandioxid beizugeben. Das Titandioxid kann in Pulverform vorliegen. Bevorzugt ist das Titandioxid zu Granulat vorverarbeitet und kann zusammen mit dem übrigen Granulat zum Spritzgießen verwendet werden.
  • Um das Gewicht des mit diesem Spritzgießverfahren hergestellten Werkzeugträgers zu verringern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, ein physikalisches oder chemisches Treibmittel dem Granulat noch vor oder während der Plastifizierung zuzuführen. Der so hergestellte Werkzeugträger besitzt einen Schaumkern, welcher von einer kompakten und stabilen Außenhaut umgeben ist, wodurch das Gewicht des Werkzeugträgers reduziert wird. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Stickstoff freisetzendem Treibmittel in Granulatform. Während das Granulat aufschmilzt, zersetzt sich das Treibmittel und setzt dabei ein Gas (Stickstoff beispielsweise) frei, welches sich mit dem Granulat mischt. Beim Einspritzen in das Werkzeug expandiert das Gas und erzeugt so den Schaumkern. Alternativ kann vor dem Einspritzen des aufgeschmolzenen Granulates ein Gas im Werkzeug (Hohlraum) unter Druck gesetzt werden. Während des Einspritzens verdrängt das aufgeschmolzene Granulat das Gas aus dem Werkzeug, während der Gasdruck dementsprechend nachgeregelt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung enthält das Granulat einen Farbstoffanteil von 1-2 Gew.-%, so dass die fertig gestellten Werkzeugträger farblich voneinander unterscheidbar sind. Der Farbstoff ist besonders bevorzugt schwarz und ist entweder weiterer Bestandteil des Granulats, welches zumindest Jutefasern und thermoplastisches Matrixmaterial umfasst, oder wird als Farbgranulat dem übrigen Granulat beigemischt. Alternativ kann der Farbstoff in Pigment- oder Farbform mit einem Anteil von 1-2 Gew.-% dem Granulat während des Spritzgießprozesses beigegeben werden.
  • Um die Handhabung der spritzgegossenen Werkzeugträger, die üblicherweise eine sehr glatte Oberfläche aufweisen, zu verbessern, ist es als weiterer Verfahrensschritt vorteilhaft, zumindest eine Oberfläche, vorzugsweise die Rückseite, des Werkzeugträgers aufzurauen. Durch ein thermisches Abtragsverfahren, vorzugsweise durch Erodieren, wird eine raue Struktur (Stufe 30 bis 36 gemäß VDI-Richtlinie 3400) der Oberfläche eingestellt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von drei in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    einen Werkzeugträger gemäß einer ersten Ausführungsform;
    Fig. 2
    einen Werkzeugträger gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    Fig. 3
    einen Werkzeugträger gemäß einer dritten Ausführungsform in Draufsicht;
    Fig. 4
    einen Werkzeugträger gemäß der dritten Ausführungsform in Seitenansicht; und
    Fig. 5
    einen Werkzeugträger gemäß der dritten Ausführungsform entlang der Schnittlinie V-V gemäß Fig. 3.
  • Fig. 1 zeigt einen Werkzeugträger gemäß einer ersten Ausführungsform, einen sogenannten Schleifmop 11, der einen massiven, zylindrischen Werkzeugträger 15 aufweist, mit einer Faserverstärkung durch Jutefasern 31 und mit radial angeordneten Schleifelementen 17 in Form von Schleiflamellen. In den zylindrischen Werkzeugträger 15 ist in dem dargestellten Beispiel mittig eine Achse 19 eingesetzt, über die der Schleifmop 11 mit einem Drehantrieb verbindbar ist. Die Werkzeugauflagefläche 21 ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Mantelfläche des zylindrischen Werkzeugträgers 15, wobei die Schleifelemente 17 von dieser Mantelfläche aufgenommen bzw. daran befestigt sind und radial von dieser abstehen. In einem Teilsegment sind die Schleifelemente 17 zwecks der besseren Darstellung weggelassen, um die Jutefasern 31 im Bereich der Werkzeugauflagefläche 21 zu veranschaulichen. Ferner ist hier ein Teilbereich aufgebrochen dargestellt, um die Jutefasern 31 im Inneren des massiv ausgebildeten Werkzeugträgers 15 zu veranschaulichen.
  • Fig. 2 zeigt einen walzenartigen und massiv ausgebildeten Werkzeugträger 23, auf dessen Werkzeugauflagefläche 25 im Arbeitsbetrieb ein Endlosschleif- oder Polierband 27 abrollt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Schleifelement, d. h. das Endlosschleifband 27, von der Werkzeugauflagefläche 25 nicht wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Stoffschluss- oder Formschluss (hierunter fällt auch eine Klettbefestigung oder dergleichen), sondern im Wesentlichen durch eine Kraftschlussverbindung (Reibschluss) aufgenommen. Der Werkzeugträger 23 weist eine axiale Öffnung 29 auf, die der Verbindung mit einem nicht dargestellten Drehantrieb dient. Ein Teilbereich des ebenfalls Jutefasern 31 enthaltenden Werkzeugträgers 23 ist wiederum aufgebrochen dargestellt, um auch die hier im Inneren des massiv ausgebildeten Werkzeugträgers 23 verteilten Jutefasern 31 zu veranschaulichen.
  • In Fig. 3 ist eine Fächerschleifscheibe 1 dargestellt, die aus einem Stützteller 7 sowie Schleifelementen 5 besteht, wobei die Schleifelemente 5 in Form von Schleiflamellen ausgebildet und von einer Werkzeugauflagefläche 9 des Stütztellers 7 aufgenommen bzw. daran befestigt sind. Der Stützteller 7 ist kreisscheibenförmig ausgebildet und weist im Kreismittelpunkt eine hohlzylinderförmige Öffnung 3 auf, die zur Verbindung der Fächerschleifscheibe 1 mit einem Drehantrieb (nicht dargestellt) dient. Die Werkzeugauflagefläche 9 weist keine glatte Oberfläche auf, sondern hat ein (nicht dargestelltes) gitterförmiges Muster, welches in die Oberfläche geprägt ist. Durch die sich ergebenden Bereichen (senkrecht aufeinander stehende Gitterlinien) kann mehr Klebstoff aufgenommen werden und die Klebeverbindung, mit welchem die Schleifelemente 5 an der Werkzeugauflagefläche 9 befestigt sind, wird fester.
  • Um die mechanischen Eigenschaften des Stütztellers 7 zu verbessern, ist dieser mit einer Faserverstärkung aus Jutefasern mit einer Länge in einem Bereich von 2 bis 4 mm, bevorzugt 3 mm, versehen. Die Jutefasern sind schematisch dargestellt und mit 31 bezeichnet. Zwecks der besseren Darstellung fehlen in einem Kreissegment des Stütztellers 7 einige Schleifelemente, um in diesem Bereich die Jutefasern 31 zu veranschaulichen. Ferner ist ein Teilbereich aufgebrochen dargestellt, um auch die im Inneren des Stütztellers 7 homogen verteilten Jutefasern 31 zu veranschaulichen. Die eingearbeiteten Jutefasern 31 bewirken eine sehr hohe Biegesteifigkeit und Schlagfestigkeit bei einer gleichfalls gegebenen Elastizität. Ferner werden auch temperaturabhängige Eigenschaften, wie insbesondere die Temperaturfestigkeit, verbessert.
  • Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des Stütztellers 7 gemäß Fig. 3, der auf der Vorderseite 43 die ebene Werkzeugauflagefläche 9 zur Aufnahme der hier nicht dargestellten Schleifelemente 5 aufweist. Auf der Rückseite 45 besitzt der Stützteller 7 einen sogenannten Flanschbuckel 47, der zur Aufnahme eines Flansches, Gewindes oder Gewindeflansches (nicht dargestellt) dient.
  • In Fig. 5 ist der Querschnitt des Stütztellers 7 entlang der Schnittlinie V-V gemäß Fig. 3 dargestellt. Die ebene Werkzeugauflagefläche 9 ist ringförmig mit einer Ringbreite von bevorzugt 25,67 mm ausgebildet. Sie umschließt einen gegenüber der Ebene der Werkzeugauflagefläche 9 um eine Stufe der Höhe t versetzten Bereich 41, wobei die Höhe t in dem dargestellten Beispiel 3,5 mm beträgt. Der Bereich 41 ist plan und parallel zur Werkzeugauflagefläche 9 ausgebildet und ist bezüglich der Werkzeugauflagefläche 9 in Richtung der Rückseite 45 des Stütztellers 7 abgesenkt. Auf der Rückseite 45 bildet der versetzte Bereich 41 den Flanschbuckel 47, wie in Fig. 4 dargestellt. Der Boden 53 des Bereichs 41 ist eben und parallel zur Werkzeugauflagefläche 9 und weist eine hohlzylinderförmige Öffnung 3 auf. In diesem Beispiel beträgt der Durchmesser des Bodens 53 45,24 mm und der Durchmesser der Öffnung 3 22,3 mm. Die zentrische Öffnung 3 kann einen (nicht dargestellten) Flansch oder ein Gewinde aufweisen, um eine Antriebswelle einer Antriebsmaschine mit dem Stützteller 7 zu verbinden. Alternativ kann ein Gewindeflansch eingesetzt werden, welcher dann auf dem Boden 53 des Bereichs 41 zur Anlage kommt.
  • Die Wände 51 des versetzten Bereichs 41 sind gegenüber dem Boden 53 geneigt und bilden abgerundete Übergänge zwischen dem Boden 53 des Bereichs 41 und der Werkzeugauflagefläche 9. Dabei beträgt der Radius R1 der Rundungen zwischen Boden 53 und Wänden 51 des Bereichs 41 auf der Vorderseite 43 des Stütztellers 7 bevorzugt 10, 6 mm, auf der Rückseite 45 des Stütztellers 7 beträgt der Radius R2 bevorzugt 10 mm. Der Radius R3 der Rundung zwischen den Wänden 51 des Bereichs 41 und der Werkzeugauflagefläche 9 auf der Rückseite 45 des Stütztellers 7 beträgt 15 mm. Die Dicke d des gesamten Stütztellers 7, das heißt also die Dicke der ringförmigen Werkzeugauflagefläche 9, der Wände 51 und des Bodens 53 des Bereichs 41, beträgt 4,4 mm. Die gesamte Stütztellerhöhe h ist dann die Summe aus der Dicke d des Stütztellers 7 und der Höhe t der Stufe, um die der Bereich 41 gegenüber der Werkzeugauflagefläche 9 versetzt ist. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des Stütztellers 7 116,5 mm. Die gesamte Rückseite 45 des Stütztellers 7 ist durch Erosion nach VDI-Richtlinie 3400 Stufe 31 aufgeraut (nicht dargestellt).

Claims (6)

  1. Spritzgießverfahren zur Herstellung eines formstabilen und rotationssymmetrischen mit Naturfasern verstärkten Werkzeugträgers (7; 15; 23), der mit einem Drehantrieb verbindbar ist und der wenigstens eine Werkzeugauflagefläche (9; 21; 25) zur Aufnahme von mindestens einem Schleif- und/oder Polierelement (5; 17; 27) aufweist, wobei zunächst Granulat, welches thermoplastisches Matrixmaterial umfasst, plastifiziert und anschließend unter Druck in einen formgebenden Hohlraum eingespritzt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Granulat Jutefasern umfasst und einen Jutefaseranteil von 20 bis 35 Gew.-% aufweist, und dass dem Granulat ein Stickstoff freisetzendes Treibmittel in Granulatform noch vor oder während der Plastifizierung zugegeben wird.
  2. Spritzgießverfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Granulat als Pellets oder Flakes vorliegt und das thermoplastische Matrixmaterial Polypropylen, Polyethylen oder Polystyrol enthält.
  3. Spritzgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dem Granulat Titandioxid beigegeben wird.
  4. Spritzgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Granulat einen Farbstoffanteil von 1 bis 2 Gew.-% enthält.
  5. Spritzgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Oberfläche des Werkzeugträgers (7; 15; 23) zwischen Stufe 30 und 36 (nach VDI-Richtlinie 3400) erodiert wird.
  6. Verwendung von Granulat mit Jutefasern und thermoplastischem Matrixmaterial sowie eines Stickstoff freisetzenden Treibmittels in Granulatform zur Herstellung mit einem Spritzgießverfahren eines formstabilen und rotationssymmetrischen mit Naturfasern verstärkten Werkzeugträgers (7; 15; 23), der mit einem Drehantrieb verbindbar ist und der wenigstens eine Werkzeugauflagefläche (9; 21; 25) zur Aufnahme von mindestens einem Schleif- und/oder Polierelement (5; 17; 27) aufweist, wobei der Anteil an Jutefasern von 20 bis 35 Gew.-% beträgt.
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